必修2 第四章 第二节 资源综合利用 环境保护

第四章化学与自然资源的开发利用第二节资源综合利用环境保护一、煤、石油和天然气的综合利用形成：古代动植物经过上一万年的复杂变化形成的，属不可再生资源煤、石油、天然气是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。实现化石燃料的综合利用，提高它们的利用率、减少化石燃料燃烧所造成的环境污染。无机物有机物C元素为主H、N、S、O等元素→少量SiAlCaFe燃烧产物污染环境气体COx、NOx、SO2等。煤的组成1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料煤渣粉尘⑴煤煤的综合利用①煤的干馏煤干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程煤干馏的主要产品和用途干馏产品主要成分主要用途出炉煤气煤焦油焦炭焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐粗苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯氮肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极炭冶金、合成氨造气、电石、燃料②煤的气化在一定条件下把煤转化为可燃性气体的过程C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)高温③煤的液化在一定条件下将煤转化为液体燃料直接液化煤与氢气作用生成液体燃料间接液化先转化为CO和H2，再在催化剂作用合成甲醇C(s)+H2O（g）CO(g)+H2(g)高温CO+2H2CH3OH（甲醇）一定条件⑵天然气的利用天然气的主要成分是甲烷综合利用：A、燃料——清洁能源B、化工原料：合成氨、生产甲醇、合成两碳或多碳有机化合物。液化天然气公交车天然气灶CH4＋H2OCO＋3H2催化剂高温①石油的组成组成元素：主要是碳、氢元素组成成分：各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物②石油的分馏原理：利用原油中各组分沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程。⑶石油的综合利用25%③石油的裂化在加热和催化剂作用下，将含碳原子较多、沸点较高的长链烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的短链烃，从而得到汽油（裂化汽油）的过程。C16H34

C8H18+C8H16

催化剂加热、加压重油转化为轻质油（如汽油）④石油的裂解用比裂化更高的温度使长链的烃分子断裂成碳原子数较少的短链不饱和烃，得到有机化工原料（乙烯、丙烯、1，3-丁二烯）。裂解是一种更深度的裂化。催化剂加热、加压CH４+C３H６

C４H１０C４H１０催化剂加热、加压C２H４+C２H６

催化剂加热、加压

C8H18C4H10+C4H8

⑤石油的重整：在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃，如苯、甲苯等芳香烃。石油的成分：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。分馏：常压蒸馏：汽油、煤油和柴油等；减压蒸馏：重油、沥青等。裂化：原料:重油目的:提高轻质液体燃料(汽油、煤油、柴油等)的产量，特别是提高汽油的产量。原料:

石油分馏产品(即轻质油包括石油气)目的：获得工业上的“三烯二烷”（乙烯、丙烯，1，3-丁二烯）。在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。裂解：重整：归纳合成材料概况：随着人类不断的文明和进步，人对天然材料的利用已不能满足很多方面的需要，于是就发生了一场材料的革命－－人工合成材料；塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料；黏合剂、涂料也属于合成材料。2、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔化。常见的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚四氟乙烯（塑料王）、酚醛塑料（电木）等。（聚乙烯）（单体）

丙烯聚丙烯nCH2=CH2[CH2—CH2]n催化剂nCH2=CHCH3[CH2—CH]nCH3催化剂加成聚合反应（即加聚反应）方法：将双键改为单键，双键两端的碳原子连短线并加中括号，将原来连在不饱和碳原子上的其它原子（或原子团）写在链节的上方或下方。聚乙烯塑料聚氯乙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚四氟乙烯缩合聚合反应（缩聚反应）

单体间（小分子）相互反应而成高分子化合物，同时还生成小分子（如水、氨等分子）的反应。OHn+nH-C-HOOHCHHn+n

H2O苯酚甲醛酚醛树脂酚醛树脂制品纤维天然纤维化学纤维棉花羊毛木材草类合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等催化剂nHOOC——COOH+nHOCH2CH2OH—C——C—OCH2CH2O—OOn+(2n-1)H2O聚酯纤维（涤纶）对苯二甲酸和乙二醇以缩聚反应生成涤纶“神州”五号航天员穿的航天服,是用一种特殊的高强度涤纶制成的（头盔和手套除外）橡胶天然橡胶合成橡胶通用橡胶特种橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶硅橡胶思考与交流1.你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。2.目前，回收利用废旧合成材料有很多途径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价。2、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。二、环境保护与绿色化学环境问题：主要是指由于人类不合理开发和利用自然资源而造成生态环境的破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染问题。环境污染：人类排放的污染物质超过了环境的自净能力，引起环境质量发生不良变化从而危害人类健康和生存的现象。环境污染的分类按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染。按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污染、物理污染（噪声、放射性、热、电磁波等）、固体废物污染、能源污染。

1.大气污染的来源、危害、治理主要污染物:碳氧化物氮氧化物碳氢化物飘尘煤尘放射性物质等来源:煤、石油的燃烧,矿石冶炼,汽车尾气,工业废气等。2.危害:危害人类健康，影响植物生长，破坏建筑材料，改变地球气候。3.治理：①调整资源结构，开发新能源（太阳能、氢能、风能、地热等），减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，减少工业废气排放，对废气进行回收净化再利用等。②大力植树造林严禁乱砍滥伐。③政府部门合理规划、制定标准、加强监测。思考与交流1、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些廉价易得的化学物质发生反应加以控制、消除或回收利用。请举例说明这些方法的化学反应原理和类型。酸雨是指PH≤5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，属于严重的大气污染现象，会区域性随风漂移形成对土壤肥力、森林、水生动植物和建筑物等的大范围危害。酸雨主要是由化石燃料的燃烧、金属矿物的冶炼、生产和使用硫酸、硝酸的工厂等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3利用化学方法可以控制硫和氮氧化物，进而控制酸雨等危害。例如：针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱煤、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3、水等吸收脱硫。800℃CaO+SO2====CaSO3800℃2CaSO3+O2====2CaSO4再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。Pt400~500℃CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2OPt400~500℃CH4+4NO======2N2+CO2+2H2O大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢化合物在太阳光紫外线的照射下，在低空大气中发生复杂的光化学反应（大气中的氧气也参加了反应），形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学烟雾。光化学烟雾中主要含醛类、酮类、臭氧、过氧硝酸、乙酰酯等，严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。光化学烟雾水华就是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。水华赤潮是由于海水中浮游藻类、原生动物或细菌异常增殖或聚集而引起海水变色的现象。实际上，赤潮并不一定都是红色的，它可因引发赤潮的生物种类和数量不同而呈现出不同颜色。赤潮绿色化学理念核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变反应历程）从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。（尽可能提高原子利用率）热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100%

原子经济性反应高选择性反应无毒无害原料可再生资源安全的生产工艺提高能源的利用率应用无毒无害的溶剂应用无毒无害的催化剂绿色化学示意图环境友好产品（安全、能降解、可再利用）思考与交流乙烯生产环氧乙烷①CH2=CH2＋Cl2＋H2O→ClCH2CH2OH＋HCl以乙烯为原料生产环氧乙烷。经典的方法是氯代乙醇法，包括以下两步反应。H2C－CH2O②ClCH2CH2OH＋HCl＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋2H2O总的反应为：CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋H2OH2C－CH2O原子利用率